隔震技術(shù)在既有框架結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

■吳 楊 ■吉林建工集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130000

我國是一個地震多發(fā)的國家，尤其是在08 年和10 年相繼經(jīng)歷了汶川地震和玉樹地震以后，我國地震工作者們更是加大了對建筑物抗震性能的研究。傳統(tǒng)的建筑抗震設(shè)計(jì)，多數(shù)是通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的延性、剛度以及強(qiáng)度，從而使建筑物能在地震災(zāi)害中減輕所受到的破壞。然而長期以來的工程實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)方法不僅造價高昂，而且不能完全適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)工程的需要，在地震后并不能減少結(jié)構(gòu)物大量受到破壞的問題［1］。因此，近年來世界各國都相繼加快了隔震技術(shù)的研究進(jìn)程，在我國已形成了較為成熟的技術(shù)體系，并獲得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 隔震技術(shù)的基本應(yīng)用原理

隔震技術(shù)的基本應(yīng)用原理是，通過在建筑上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震裝置，以延長建筑物結(jié)構(gòu)的基本自振周期，并給予適當(dāng)?shù)淖枘崾菇ㄖ锏募铀俣群妥冃畏磻?yīng)極大減速，使所受到的地震能量多由隔震裝置所承擔(dān)。因此，在地震過程中對建筑上部結(jié)構(gòu)輸入的能量很小，有效保證了結(jié)構(gòu)的安全。

建筑隔震體系作為一種經(jīng)濟(jì)、安全且有效的減震體系，由于地震過程中地面運(yùn)動的主要周期在0.1s～1s 之間，而所設(shè)置的隔震裝置的水平剛度遠(yuǎn)低于建筑上部結(jié)構(gòu)的層間剛度，它能使結(jié)構(gòu)的基本自振周期延長2～5s 左右，從而有效降低了建筑結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)和所受到的破壞。近年來，隔震技術(shù)在我國建筑新建施工以及既有工程改造中，都得到了廣泛的應(yīng)用。截止2014 年，我國已新建隔震建筑面積超過了200 萬m2，并廣泛分布于全國多個省、市，已基本實(shí)現(xiàn)了對我國高烈度地震區(qū)的全面覆蓋［2］。

2 主要隔震裝置的應(yīng)用

目前，實(shí)際工程中可以采用多種隔震裝置，包括了滾球(軸)、橡膠支座、基礎(chǔ)彈簧、結(jié)構(gòu)底層柔性柱、懸吊結(jié)構(gòu)等等。而在各類隔震裝置中，橡膠支座是結(jié)構(gòu)工程中防震減災(zāi)實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛，也是發(fā)展最為成熟的隔震體系。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用特點(diǎn)的不同，橡膠支座又主要可分為普通疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座、石墨橡膠支座等類型。利用鉛芯橡膠支座的結(jié)構(gòu)主要是在橡膠墊中心圓孔中灌注鉛，這樣不僅能增加支座的早期剛度，減少支座系統(tǒng)變形，而且有利于保持結(jié)構(gòu)在地震作用時的穩(wěn)定性，易于消耗地震的反應(yīng)能量。

通常而言，普通疊層橡膠支座的阻尼較小，在實(shí)際工程應(yīng)用中往往還需要搭配阻尼器共同使用。而鉛芯橡膠支座則集合了隔震器與阻尼器的功能于一體，能提供飽滿的水平荷載——位移滯回曲線，且阻尼值較高，因而可以單獨(dú)在工程中應(yīng)用。我國早在93 年就利用橡膠支座建成了第一棟隔震建筑，它是一棟8 層的鋼筋混凝土框架房屋。目前，我國在新建隔震建筑或在對既有房屋的改造中，超過了60%的工程均采用的是鉛芯橡膠支座技術(shù)進(jìn)行隔震。

3 隔震技術(shù)在既有框架結(jié)構(gòu)加固中的實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程實(shí)例

某辦公樓為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，該工程地下共3 層，地上共9 層，總建筑面積約為61000m2。工程中采用了鉛芯橡膠支座技術(shù)，對既有框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震加固。工程所設(shè)置的隔震層內(nèi)，共有400 個直徑分別為600mm、700mm 和800mm 的鉛芯橡膠支座，利用鉛芯橡膠支座的技術(shù)特性，從而起到了良好的隔震加固效果。

3.2 隔震層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)加固工程中，在原建筑上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間，設(shè)置了高度為1.5m 的隔震層。整個隔震層也作為管道層，要求對隔震層的底板應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的防水處理，防水材料為1.6mm 厚度的聚合物水泥涂料。隔震層的頂板應(yīng)作保溫處理，采用聚苯板作為保溫層。

(2)為確保建筑上部結(jié)構(gòu)及隔震支座的安全，在設(shè)計(jì)時還在建筑物與室外地面之間設(shè)置有一定寬度的隔震溝，具體寬度應(yīng)按照上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大振幅值進(jìn)行確定。隔震溝的具體做法為:首先，為保證建筑物的內(nèi)外封閉，應(yīng)當(dāng)在隔震層的四周砌筑寬度約為240mm 的防火墻，要求防火墻與混凝土結(jié)構(gòu)之間的縫隙也應(yīng)當(dāng)用防火密封材料進(jìn)行封閉;其次，確定隔震溝的寬度，然后在隔震溝外砌筑一道寬度約為370mm 的后砌墻。

(3)為確保電梯井在地震作用下的完整性和位移的自由，電梯井使用了下支撐式設(shè)計(jì)，即將隔震層設(shè)置在電梯井的基礎(chǔ)底板上部，這種設(shè)計(jì)能保證電梯井和建筑上部結(jié)構(gòu)在地震作用時的同步位移。同時，為保證電梯井的安全，在電梯井筒和樓板之間還設(shè)置有寬度為600mm 的變形縫，要求變形縫的蓋板，除應(yīng)當(dāng)滿足在任意水平方向位移400mm不破壞的設(shè)計(jì)需要以外，還應(yīng)當(dāng)能滿足相應(yīng)的承載力要求。

3.3 隔震層的施工要點(diǎn)

隔震層的土建施工工藝流程，主要為:下部預(yù)埋板安裝、固定→澆筑混凝土→預(yù)埋板檢測→安裝橡膠支座→預(yù)埋件上板→安裝預(yù)埋螺桿→上部支墩施工。

(1)安裝和固定下部預(yù)埋板。在實(shí)際工程中，由于受既有框架結(jié)構(gòu)中的鋼筋影響，下部預(yù)埋板的位置很難準(zhǔn)確定位，為了提高預(yù)埋板的安裝精度，應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)平面圖及定位軸線，將下部預(yù)埋板的控制線測定好，然后再進(jìn)行安裝，在安裝完成后還應(yīng)當(dāng)用水準(zhǔn)儀對預(yù)埋板位置、標(biāo)高、平整度進(jìn)行校正，以確保達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

當(dāng)下部預(yù)埋板的安裝位置、標(biāo)高、平度度等均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求以后，即可采用焊接方式對預(yù)埋板的螺桿以及鋼筋進(jìn)行固定，要求應(yīng)滿焊并保證焊接的牢固，然后再對梁鋼筋、支墩鋼筋進(jìn)行綁扎固定。

(2)澆筑混凝土、預(yù)埋板檢測。在澆筑混凝土之前，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)拇胧︻A(yù)埋板螺栓孔加以保護(hù)，以避免混凝土進(jìn)入到螺栓孔中。在澆筑過程中，采用一次性澆筑法，直至澆筑到-1.500m 標(biāo)高處為止。

當(dāng)澆筑完成并拆模以后，還應(yīng)當(dāng)對下部預(yù)埋板的標(biāo)高、平整度以及平面位置進(jìn)行再次檢測，當(dāng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求以后，方可進(jìn)行后續(xù)的橡膠支座安裝施工。

(3)安裝橡膠支座。鉛芯橡膠支座的安裝，應(yīng)當(dāng)在下部支墩澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，再通過起吊機(jī)將橡膠隔震層吊裝到支墩上端，然后再利用簡易起吊裝置將其移動到指定位置，最后采用螺桿將橡膠隔震層與下部預(yù)埋板進(jìn)行牢固固定，并擰緊螺桿。

(4)隔震層土建施工的質(zhì)量要求。隔震層土建施工的質(zhì)量要求，主要包括了以下幾方面:一是隔震層在安裝就位以后，要求其頂面水平度誤差應(yīng)控制在0.8%以內(nèi)，支墩預(yù)埋件的頂面水平度誤差應(yīng)控制在0.5%以內(nèi);二是隔震層支座中心的標(biāo)高偏差值、位置偏差值都不宜大于5mm［3］。

4 總結(jié)

本文結(jié)合具體工程實(shí)例，就隔震技術(shù)在既有框架結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用進(jìn)行了研究與探索。地震作為人們所面臨的最嚴(yán)重自然災(zāi)害之一［4］，隨著我國建筑結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，以及高層建筑的日益增多，這都對建筑結(jié)構(gòu)的抗震是非常不利的。因此，近年來人們非常關(guān)注建筑物抗震性能的研究。隔震技術(shù)作為一種將地震與建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離的動態(tài)抵抗方法，能有效的吸附地震反應(yīng)能量，從而降低地震過程中結(jié)構(gòu)物的變形和加速度，避免建筑物結(jié)構(gòu)受到破壞。目前，隔震技術(shù)在我國已形成了較為成熟的技術(shù)體系，并取得了較為良好的實(shí)際應(yīng)用效果，值得在實(shí)際工程中大力推廣與應(yīng)用。

［1］朱雅紅，馮小軍等.隔震加固技術(shù)在框架結(jié)構(gòu)加固工程中的實(shí)際應(yīng)用探索［J］.工程抗震與加固改造，2013(3).

［2］胡建安.層間隔震加消能減震框架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析［D］.西安:西安建筑科技大學(xué)，2012.

［3］徐至鈞.建筑隔震技術(shù)與工程應(yīng)用［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［4］葛楠，陳海彬.結(jié)構(gòu)減震隔震分析與計(jì)算［M］.北京:中國電力出版社，2013.